影響中國西部油田柴油發電機組效率因素的分析

鄒敏 邵寧

摘 要：柴油發電機組是遠離電網覆蓋的野外勘探、采油工作區最主要的、最常用的電力來源。我國大部分油田位于新疆、青海、內蒙古和四川等中西部地區，這些地區海拔較高，氣候惡劣，柴油發電機組效率和通常情況有很大差異，因此有必要分析影響其效率的因素。本文通過對我國西部幾個典型油田柴油發電機組的柴油消耗量、發電量監測數據的計算和分析，發現機組發電油耗在0.260-0.276kg/kWh之間，供電油耗在0.276-0.296kg/kWh之間。

關鍵詞：柴油發電機組;發電油耗;效率影響因素;油電比

1 概述

我國西部大部分油田（吐哈油田、塔里木油田、長慶油田、新疆油田等）深處內陸高海拔地區。屬典型的溫帶大陸性氣候，終年降水稀少，年內氣溫變化大。冬季寒冷，氣溫在0℃左右。夏季干燥，氣溫超過30℃。由于這些油田處于市電電網不能輸送到的偏遠地區，為了滿足油田作業要求，通常用柴油發電機組來獨立供電，作為動力和照明的主電源。

本文以我國西部部分油田柴油發電機組為例，通過分析機組在不同情況下的發電量、耗油量和供電量來研究影響油田柴油發電機組油耗率的因素。

2 數據的采集與分析

本文所有數據均由我公司位于吐哈油田、塔里木油田、克拉瑪依油田和長慶油田等地的鉆探隊提供。相關數據圖如圖1所示。

上述井隊所涉及到的柴油發電機如表1所示。

3 影響油田柴油發電機組效率的因素

通過對比各油田柴油發電機組的工作數據，發現實際運行中存在機組油耗過高、發電效率較低的現象，為了滿足油田降低能耗、節能減排的要求，有必要探討影響油田柴油發電機組效率的因素。

3.1 輔助設備

使用柴油發電機組作為穩定電源必須配備相應的輔助設備。西北各油田冬季寒冷，冬季溫度在-14℃～0℃之間，為了保證柴油發電機組正常運轉，必須對機組經行保溫處理，尤其需要對柴油進行保溫。鉆探現場條件簡陋，最常用的方式是電保溫。另外，西部油田地區夏季非常干燥炎熱，為使柴油發電機組能夠持續穩定的運行，冷卻措施必不可少，大功率風冷設施在保證設備連續穩定運行過程的同時也消耗了大量的能量。

通過計算圖2中8口井輔助設備用電數據發現，在石油鉆井現場，柴油發電機的輔助設施的用電量占比在7%～14%之間，占比較高。

輔助設備是柴油發電機組連續穩定運行的關鍵，是柴油發電機組的一部分，輔助設備用電量屬于發電機組的自用電。如果能想辦法降低相關輔助設施消耗的電量，就能夠提高柴油發電機組的效率。

3.2 海拔

海拔升高使得柴油機進氣量減小，缸內空氣系數降低，造成可燃混合氣變濃，特別在大負荷時，這必然會使得缸內局部過濃區域增加，導致燃燒惡化，柴油機經濟性下降。根據一項對車用柴油機的研究，在100%負荷和25%負荷時，從10m到1000m，油耗率分別增加了3.05%和0.41%;從1000m到1670m，油耗率分別增加了2.51%和0.47%。

3.3 機組壽命與日常保養

柴油發電機組在長期使用后會出現功率下降、動力不足等一系列狀況。柴油機功率下降后，帶負載工作時效率低，柴油消耗量提高，使得油田生產成本提高。圖3為三種類型柴油發電機不同使用年限下的油耗率，可以看出，隨著使用年限的增加，油耗率在不斷上升，在使用第8年時，三種柴油發電機油耗相比使用初期增加了0.015～0.02g/kWh。

另外，油田用柴油機因工況惡劣、無法按時保養，在工作運行過程中，供油系統、壓縮系統、進排系統、冷卻系統四大系統經過高溫、燃燒等作用出現了損害、侵蝕等問題。加上長期持續運行，如果不能及時修繕系統使其具有較好的技術狀態，最終將會降低機器熱效應而加大油耗。

3.4 余熱無回收利用的問題

在實際使用中發現，油田鉆井工程所用的動力柴油機有效功只占機械系統總消耗功的35%，大量的熱能隨著柴油機尾氣排放而白白流失掉，造成了很大的浪費。相比之下，國內燃煤機組針對排煙溫度普遍偏高問題，提出了采用煙氣余熱回收技術對系統進行改造，通過調整參數對煙氣余熱回收系統進行優化。對某600MW機組的實際計算結果表明，系統優化后比優化前的相對效益提高了4.4%?？梢灶A見，將溫差發電技術應用到鉆井柴油發電機的余熱回收利用中，使得發電機燃燒后產生的余熱得到充分的利用，不僅在鉆井過程中起到降本增效、節能降耗的作用，同時兼具環保的效果。

3.5 機組運行環境狀況

柴油發電機組所標定的功率都是針對某一特定的環境狀況而言的，環境狀況是指柴油發電機組運行地點的環境大氣壓力、溫度和相對濕度，它們對柴油發電機的性能和工作效率有很大影響。

在冬季，西北部各油田氣溫在-15℃～0℃之間，此時外部溫度過低，帶走氣缸內大量熱能，使其熱損失增多;潤滑油溫度也隨之下降，機油在氣溫較低時粘度較大，其流動性變差。這不僅增加柴油發電機組的零件磨損，而且由于零件運動阻力增大，使機械功率損失增加，柴油發電機組的輸出功率就會降低。

在夏季，環境溫度過高，吸入氣溫度過高，燃油消耗量會增加8%～10%，例如，由20℃增加到40℃時，燃油消耗率可提升約3g/kWh。成液滴狀的燃油進入氣缸后會沖洗氣缸壁上的潤滑油膜，并滲入到曲軸箱內，使零件的磨損量增加、沖淡油底殼內的潤滑油、增加燃油消耗量和減少功率輸出。

從圖4中可以看出，柴油發電機組在夏季和冬季的油耗率較春秋季節增加了0.015～0.02kg/kWh，在10月份，油耗率最低為0.242;在7月份，油耗率最高為0.269。這是因為冬天需要給發電機組保溫，夏天需要使用風冷模塊給機組降溫，且降溫效率遠低于加熱效率，因此夏天的油耗率更高。

4 結論

油田柴油發電機組發電油耗在0.260-0.276kg/kWh之間，供電油耗在0.276-0.296kg/kWh之間。柴油機組輔助設施用電、機組所在地海拔，運行負荷、機組壽命與日常保養、機組運行環境情況、余熱無回收利用等問題都會影響油田柴油發電機組的工作效率。

5 建議

為了提高油田柴油發電機組效率，可以從兩方面入手，一是加強硬件設施的投入，如更換使用年限較長的設備或對老舊設備進行維修翻新、選用效率高能耗低的輔助設施、改善機組運行的環境設施;另一方面加強柴油發電機組的日常保養工作、加強對機組運行負荷和運行環境的監控。

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